李志国李芳蒋其斌李林彭建福
(1.中国石油新疆油田公司风城油田作业区;2.克拉玛依技师培训学院;3.中国石油新疆油田公司工程技术研究院)
电絮凝技术处理油田稀油污水的研究
李志国1李芳2蒋其斌1李林3彭建福1
(1.中国石油新疆油田公司风城油田作业区;2.克拉玛依技师培训学院;3.中国石油新疆油田公司工程技术研究院)
文章以新疆油田风城油田作业区稀油污水处理为例,针对污水水质不稳定的问题,分析了污水处理工艺、运行状况及影响水质的原因。针对水质恶化的原因,在原污水处理流程不同位置开展电絮凝技术处理效果研究,优化出适宜的电流密度、极板间距以及电解时间等条件。试验结果表明:在二级过滤器进口安装电絮凝装置后,其出水石油类为0,悬浮物为2 mg/L以下,达到了油田的处理要求。
稀油污水;电絮凝;石油类;悬浮物
新疆油田风城油田作业区开发生产过程中,由于新井投产和老井增产采取的酸化、压裂、试油、大修等措施,加入大量药剂,导致油田来液性质变化,污水处理系统中石油类、悬浮物增多,对后续污水处理系统冲击较大,严重影响水质净化效果,现有的工艺不能解决问题。采用电絮凝技术处理油田污水效果显著,设备、操作简单,占地面积少,无需投加大量化学药剂,后续处理简单,为油田污水处理提供了新的途径[1-2]。
1.1水质分析
风城油田作业区稀油污水水质分析见表1。
表1 稀油污水水质分析 mg/L
从水质分析结果可以看出,稀油污水为高矿化度、高碳酸氢根弱碱性污水。
1.2污水处理工艺
风城油田作业区稀油污水处理流程:原油处理系统污水进入2 000 m3调储罐,在调储罐内靠重力作用去除部分石油类及悬浮物,调储罐出水经反应泵提升进入污水反应罐和700 m3斜板沉降罐,去除大部分乳化油及悬浮物,出水经过滤泵提升进入一级过滤器和二级过滤器。处理量约3 500~4 000 m3/d。
1.3存在的问题
2012年污水处理系统各处理单元石油类达标率在90%以上。分析污水水质不达标的主要原因为:来水悬浮物超标严重:1~8月份234 d水质监测结果中,悬浮物达标率仅为78.6%;来水石油类、悬浮物含量存在大幅度波动,造成后续处理系统水质恶化。调储罐出水石油类平均去除率67.6%,悬浮物平均去除率54.5%。结合斜板沉降罐出水水质状况来看,斜板沉降罐出水石油类平均3.8 mg/L,达标率97.9%,悬浮物平均14.4 mg/L,达标率86.3%。出水不能满足新疆油田公司《乌尔禾油田乌5乌16井区油田注水水质标准》中石油类和悬浮物均≤2 mg/L的要求。
1.4污水水质恶化的原因
分析发现来水水质恶化的原因有以下几点:污泥脱水剂性能退化,投加污泥脱水药剂后,上层存在大量浮渣,浮渣进入污水池,然后回收进入系统“污泥循环”,影响后续水质净化;原油脱水中间层进入污水处理系统,中间层乳化程度较高,石油类、悬浮物含量高,不易重力沉降去除,调储罐不能有效发挥重力沉降作用,对后续污水处理系统冲击明显;随着油井酸化、压裂等增产增注措施的进行,油井采出液含有大量的注入药剂,严重影响水质净化效果[3-4]。
2.1电絮凝机理分析
电絮凝是在外加电场的作用下,利用可溶性的阳极,产生大量的阳离子(如Fe2+,Al3+等),利用生成的金属氢氧化物对废水进行凝聚沉淀。同时由于电极反应,产生直径很小的气泡,吸附系统中直径很小的颗粒物质上浮,从而使其与水分离[5]。
来水经过微絮凝器-电絮凝器-缓冲罐-双向分离器-缓冲罐-纤维球过滤器-旋翼过滤器处理,电絮凝试验流程见图1。
图1 电絮凝试验流程
以铝阳极为例,典型的电极反应如下:
阳极氧化:Al-3e-→Al3+
阴极还原:2H2O+2e-→2OH-+H2↑
通常,铝离子和氢氧根离子可以形成Al(OH)3微絮体,其絮凝效果比药剂絮凝好。同时,在阴极发生还原反应,逸出的氢气形成极小的气泡,将废水中的凝聚物夹带并上浮至电解槽的液体表面,可以同时起到凝聚和气浮作用以去除水中的污染物[6]。
2.2电絮凝室内试验分析
含油污水处理首先考虑胶体脱稳、除油,为此开展了脱稳除油电化学处理研究,确定Al-Al电极作为阴、阳两电极,极板间距:阴、阳电极间距5~10 cm,电解电压3~10 V,电解时间10~60 min。根据污水的处理效果,又进行了优化试验,确定Al-Al电极阴、阳电极间距7 cm,电解电压5 V,电解时间30 min,进行含油污水净化处理试验,并对处理后水样进行水质分析,分析结果见表2。
表2 优化条件电解处理后水样水质分析结果
从表2可以看出,优化电解方式处理后模拟含油污水透光率达到90%以上,但石油类及悬浮物含量还不能满足石油类、悬浮物均≤2 mg/L的要求,需后续加入净水剂、助凝剂进行沉降。
根据现场工艺及流程,分别选取调储罐进口、出口,反应器进口、出口,一级过滤器进口,二级过滤器进口6个位置进行电絮凝试验。选取有代表性的2个位置:调储罐进口、二级过滤器进口进行的试验为例说明如下。
3.1调储罐进口
调储罐进口污水来自2 000 m3重力除油罐的底水,其水质波动较大,对水处理系统冲击较大。将电絮凝装置安装在调储罐的进口,进行试验,处理量250 L/h,槽电压16V,电流1 A,脉冲频率750 Hz。
由于电絮凝所产生的絮体比较松散,需要在调储罐进水中辅助加入净水剂、助凝剂,以加速絮体沉降,经过试验筛选,确定需加入净水剂70~100 mg/L、助凝剂5 mg/L。
电絮凝装置对调储罐进水石油类处理效果见图2,电絮凝装置对调储罐进水悬浮物处理效果见图3。
由图2、图3可以看出,经过电絮凝装置处理后,调储罐出水石油类为0,悬浮物浓度在5 mg/L以下。可见,石油类已经达到了处理要求,还需对悬浮物进行进一步处理。
图2 电絮凝装置对调储罐进水石油类处理效果
图3 电絮凝装置对调储罐进水悬浮物处理效果
3.2二级过滤器进口
将电絮凝装置安装在二级过滤器的进口,进行试验,处理量250 L/h,槽电压10 V,电流0.3 A,脉冲频率3 000 Hz。
电絮凝装置对二级过滤进水悬浮物去除效果见图4。
试验结果表明,在二级过滤器进口安装电絮凝装置后,其出水石油类为0,悬浮物为2 mg/L以下,达到了新疆油田公司的要求。所以使用电絮凝装置后可以省去二级过滤器,简化了流程,且电流低至0.3 A,能耗很低,同类技术电流一般为0.5 A。
图4 电絮凝装置对二级过滤器进水悬浮物去除效果
建议下一步控制污水处理系统来水水质状况,跟踪来水水质变化,进行水质净化药剂持续优化,保证水处理药剂随水质波动微调、反应器正常运行。可将电絮凝设备设置在过滤缓冲罐前,在水质波动时使用,且改造、运行费用低。此油田污水处理工艺及装备既适合旧站改造,又适合断块油田开发,有良好的应用前景。
[1] 桑义敏,李发生,何绪文,等.含油废水性质及其处理技术[J].化工环保,2004,24(增刊):94-97.
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1005-3158(2014)04-0039-03
2014-03-03)
(编辑 王薇)
10.3969/j.issn.1005-3158.2014.04.013
李志国,2008年毕业于新疆大学机电一体化专业,硕士,现在中国石油新疆油田公司风城油田作业区从事油气田开发工作。通信地址:新疆克拉玛依乌尔禾区风城油田作业区设备管理科,834014